19.01.2018 
  

В связи с обновлением программного обеспечения сайт находится на реконструкции (некоторые страницы и сервисы могут быть недоступны)

01

1.Аронин Александр Семенович,  профессор, д.ф. - м.н.
2.Суворов Эрнест Витальевич, профессор, д.ф. - м.н.
3.Антонов Владимир Евгеньевич, д.ф.- м.н.

СПИСОК

Сотрудников ИФТТ РАН – преподавателей, участвующих в работе

Филиала кафедры Физической химии МИСиС

при ИФТТ РАН в Черноголовке (2004 – 2005 г.г.)

 

1

Антонов Владимир Евгеньевич

Зав.лаб.

Д.ф.-м.н., проф.

2

Аронин Александр Семенович

Зав.лаб.

Д.ф.-м.н., проф.

3

Кравченко Владимир Яковлевич

Гл..науч. сотр.

Д.ф.-м.н., проф.

4

Суворов Эрнест Витальевич

Гл.науч. сотр., зав. филиалом

Д.ф.-м.н., проф.

5

Швиндлерман Лазарь Симхович

Ведущий науч. сотр.

Д.ф.-м.н., проф.

6

Матвеев Данила Викторович

Науч. Сотрудник

К.ф.-м.н, ст. препод.

Назад, на страницу Филиала кафедры Физической химии МИСиС при ИФТТ РАН >>

“СВОЙСТВА СИЛЬНО НЕРАВНОВЕСНЫХ СИСТЕМ “

Атомная структура и свойства сильно неравновесных состояний и их эволюция
(54 часа)

Цель курса: Обучить постановке и проведению исследований структуры (атомной и электронной) и свойств неравновесных конденсированных систем, основам технологии получения и обработки таких материалов для достижения заданных свойств.

1. Планировать и проводить исследования процессов, протекающих в неравновесных конденсированных системах (в том числе в аморфных металлических сплавах) с целью решения фундаментальных научных проблем и создания новых технологических способов получения и обработки неравновесных конденсированных материалов (П.Р.1-3)
2. Определять физические свойства конденсированных  систем (Л.Р.1):
3. Определять и исследовать структуру неравновесных конденсированных систем (Л.Р.1, П.Р. 1-3, параметры технологических процессов получения и обработки для получения заданного уровня свойств (П.Р.3)
4. Выполнять расчеты свойств аморфных и кристаллических материалов, дефектов и поверхностей раздела, изучать эволюцию структуры и свойств неравновесных конденсированных систем в зависимости от внешних воздействий (П.Р. 1-3)
5. Использовать современную вычислительную технику для анализа экспериментальных данных о структуре и свойствах неравновесных конденсированных системах и выбора эффективных способов их применения (Л.Р.1, П.Р. 1-3).

ТЕМА 1. Атомная структура аморфных материалов. -4 час.
1. Введение. Общее описание эволюции представлений об атомной структуре аморфных материалов. Беспорядочная плотная упаковка твердых и мягких сфер. Одноатомные системы. Полиэдры Бернала. Бинарные системы. Релаксация структуры свободный объем. Типы дефектов аморфных состояний.
2. Концепция локальных структурных флуктуаций. Модель беспорядочной упаковки координационных полиэдров. Топологический и химический ближний порядок.. Кластерные модели структуры аморфных сплавов.  Эволюция представлений.

ТЕМА 2. Эволюция структуры аморфных сплавов -4час.
3. Эволюция структуры аморфных сплавов при нагреве и отжиге. Устойчивость аморфных сплавов по отношению к кристаллизации. Фазовые превращения в рамках аморфного состояния.
4. Влияние механических напряжений и магнитного поля на эволюцию структуры аморфных сплавов при отжиге. Структурная анизотропия, наведенная при получении лент аморфных сплавов методом скоростной закалки расплавов и при различного рода воздействиях на аморфные сплавы.

ТЕМА 3.Свойства аморфных сплавов - 6 час.
5. Электропроводность аморфных систем. Дифракционная модель Займана. Минимум электросопротивления при низких температурах, эффект Кондо.
6. Магнитные свойства аморфных сплавов. Температура Кюри аморфных сплавов, ее зависимость от состава и обработки. Петля гистерезиса, доменная структура, магнитострикция.
7. Влияние состава на магнитные свойства. Магнито-упругие эффекты. Инварные свойства. Магнитная анизотропия в закаленных материалах и индуцированная полем, прокаткой, отжигом под напряжением. Магнитное последействие.

ТЕМА 4. Наноструктурные материалы- 12 час.
8.Классификация наноструктурных материалов (в зависимости от формы, взаимного расположения и  химического состава кристаллитов или некристаллических составляющих). Структура нанокристаллических материалов.
9.Нанокристаллические материалы: поверхности раздела, дефекты, наноразмерные кристаллиты ( их состав и его зависимость от размера, тонкая структура), термическая  стабильность, механизмы распада.    
10.Свойства нанокристалличесаких сплавов: теплоемкость, тепловое расширение, электрическое сопротивление, механические свойства (упругие свойства, внутренне трение, твердость и разрушение, низкотемпературная пластичносить нанокристаллических керамик, пластическая деформация, специфика  закона Петча-Холла).
11.Магнитные свойства. Магнитномягкие нанокристаллические материалы. Магнето-кристаллическая,  магнетоупругая и  наведенная полем  анизотропия. Соотношение между размером кристалла и длиной ферромагнитного обмена. Модель усредненной анизотропии.
12. Корреляция между структурой и свойствами.  Сравнение со свойствами аморфных и  кристаллических материалов. Области применения наноструктурных материалов.

ТЕМА 5. Квазикристаллы-4 час.
13.Понятие апериодического кристалла - дальний порядок в отсутствии трансляционного порядка. Принципы строения квазикристаллов - симметрия 5-го порядка, покрытие Пенроуза.
14. Структура квазикристаллических фаз в сплавах алюминия с переходными металлами. Методы получения, электрические и магнитные свойства квазикристаллических материалов.

Практические занятия

  1. Расчет зависимости физических характеристик и параметров фазового перехода I рода от размера микрочастицы.
  2. Расчет равновесной концентрации вакансий в микрокристаллических системах.
  3. Индицирование дифрактограмм и электронограмм от квазикристаллов.

Семинарские занятия

1. Наведенная анизотропия. Физическая природа магнитоупругих явлений.
2. Анализ кинетики кристаллизации аморфных сплавов.
3. Влияние режимов термомагнитной обработки на магнитные свойства ферромагнитных материалов.

Лабораторные работы

  1. Изучение структуры квазикристаллов в быстрозакаленных сплавах  системы Al-Mn. - 12 час

 

ДОМАШНИЕ ЗАДАНИЯ

  1. Расчет энергии активации кристаллизации аморфного сплава по данным измерения электросопротивления.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ

Коллоквиум

1. Топологический беспорядок в конденсированных системах
2. Деформация аморфных и кристаллических материалов.

Затраты времени на самостоятельную работу
по подготовке к практическим, семинарским,
лабораторным занятиям и выполнению домашних заданий

 

В аудитории (час)

Самостоятельная работа (час)

Практические занятия

6

6

Семинарские занятия

6

6

Лабораторные занятия

12

6

Домашние задания

 

6

Коллоквиумы

 

8x2=16

Итого

24

40

 

Использование ЭВМ в учебном процессе

Для обработки результатов и регулирования эксперимента ЭВМ используется в лабораторной работе и домашнем задании.

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Займан Дж Модели беспорядка, М., Мир, 1982, 592 с, сс 53-127, 249-282
2. Аморфные металлические сплавы, под ред. Люборского Ф.Е., М., Металлургия, 1987, 834 с
3. Металлические стекла" под редакцией Гюнтерода и Бека, т 1-2, М, Мир, 1986.
4. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела М., Наука, 1978 сс 171-248, 275-278.
5. Хандрих Н., Кобе С. Аморфные ферро и ферроомагнетики, М, Мир, 1982, 291 с (сс 67-122, 243-264).
6. Физика и технология аморфных и микрокристаллических сплавов. Методические указания к лабораторному практикуму. М., МИСиС, 1986. 7. Метастабильные и неравновесные сплавы, под ред. Ефимова Ю.В., М.,Металлургия, 1986, 383с.
8. Физическое металловедение, под ред. Р.Кана и П.Хаазена, т.2 М., Металлургия, 1985.

Дополнительная литература

1.Nanostructured and Nanocrystalline Materials, editors M.Vaskes and E.Hernando,
2.Rapidly Quenched and Metastable Phases, ed.P.Duhai, P.Mravko, P.Svec, Elsevier, 1997

 

Получение веществ в сильно неравновесном состоянии

Цель курса: Обучить постановке задач по определению способов формирования материалов в сильно неравновесном состоянии, дать представления о физических процессах, определяющих образование и стабильность структуры неравновесных конденсированных систем

1. Планировать и проводить исследования процессов, протекающих в неравновесных конденсированных системах (в том числе в аморфных металлических сплавах), с целью решения фундаментальных научных проблем и создания новых технологических способов получения и обработки неравновесных конденсированных материалов (Л.Р.1)
2. Определять и исследовать структуру неравновесных конденсированных систем, параметры технологических процессов получения и обработки для получения заданного уровня свойств (Л.Р.1, П.З. 1,2)

ТЕМА 1. Типы неравновесных состояний. - 4 час.
1. Введение. Фаза. Стабильное состояние. Метастабильное состояние. Потеря устойчивости. Типы неравновесных состояний.
2. Способы получения сильно неравновесных состояний. Общая характеристика таких состояний.

ТЕМА 2
2. Скоростная закалка металлических расплавов. Физика перехода из жидкого в твердое состояние - 8 час.
3. Скоростная закалка расплавов. Температура стеклования. Кинетическая и термодинамическая трактовки перехода жидкое-аморфное состояние.
4. Аморфные сплавы. Температура стеклования. "Идеальное" стекло. Парадокс Кауцмана.
5. Условия перехода из жидкого в аморфное состояние при скоростной закалке расплава. Кинетический критерий. Оценка критической скорости охлаждения.
6. Условие бездиффузионного перехода из жидкого в твердое состояние. Формирование сильно неравновесных твердых растворов.

ТЕМА 3. Твердофазная аморфизация - 4 час.

  1. Виды  и характеристика методов твердофазной аморфизации.
  2.  Механическое легирование, "обратное плавление", диффузионный отжиг многослойных структур, облучение. Экспериментальные данные. Возможные механизмы.

Тема 4. Превращения при нагреве аморфных сплавов- 6 час.

  1. Релаксация и кристаллизация аморфных сплавов. Механизмы кристаллизации. Последовательность образования фаз при кристаллизации.
  2. Нанокристаллизация. Условия образования нанокристаллической структуры. Эволюция нанокристаллической структуры при внешних воздействиях.

ТЕМА 5. Образование нанокристаллической и квазикристаллической структуры- 4 час.
11. Методы получения наноструктурных  материалов (получение отдельных нанокристаллов и последующее компактирование; деформационное введение дефектов в кристаллах; кристаллизация из нестабильного конденсированного состояния; осаждение на подложку). Механизмы образования наноструктур.

  1. Формирование квазвикристаллических структур при кристаллизации расплавов и аморфных сплавов .

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

  1. Формирование нанокристаллических материалов контролируемой кристаллизацией аморфных сплавов и исследование их структуры дифракционными методами- 12 час.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

  1. Способы описания структуры квазикристаллов
  2. Как отличить аморфную и нанокристаллическую структуру с помощью дифракционных данных.

Семинарские занятия

  1. Способы описания структуры аморфных сплавов.
  2. Кинетика кристаллизации аморфных сплавов.
  3. Методы твердофазной аморфизации.

4. Оценка критических параметров при переходе жидкость - аморфное твердое тело.
Домашнее задание

Оценка критической для перехода из жидкого в аморфное состояние скорости охлаждения ленты на вращающемся барабане.

Затраты времени на самостоятельную работу
по подготовке к практическим, семинарским,
лабораторным занятиям и выполнению домашних заданий

 

В аудитории (час)

Самостоятельная работа (час)

Практические занятия

4

4

Семинарские занятия

8

8

Лабораторные занятия

12

6

Домашние задания

 

6

Коллоквиумы

 

8

Итого

 

328

Использование ЭВМ в учебном процессе

Для обработки результатов и регулирования эксперимента ЭВМ используется в лабораторной работе и домашнем задании.

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

  1. “Аморфные металлические сплавы”, под ред. Люборского Ф.Е., М., Металлургия, 1987, 834 с
  2. “Металлические стекла" под редакцией Гюнтерода и Бека, т 1-2, М, Мир,
  3. “Физическое металловедение”, под ред. Р.Кана и П.Хаазена, т.2 М., Металлургия, 1985.

 

"СИММЕТРИЯ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ"

Цель курса: дать слушателям систематическое описание физических свойств кристаллов, допускающих тензорное представление, термодинамических соотношений между этими свойствами и их связи с точечной группой симметрии кристалла.

ПРАКТИЧЕСКИЕ НАВЫКИ, ПРИОБРЕТАЕМЫЕ СТУДЕНТАМИ:

Основное внимание уделено равновесным свойствам, описываемым тензорами второго ранга (магнитная восприимчивость, электрическая поляризация, тензоры напряжений и деформаций, тепловое расширение), и рассмотрен необходимый математический аппарат (преобразование осей и компонент тензора, характеристическая поверхность и ее геометрические свойства, главные оси, окружность Мора, эллипсоид значений тензора). Свойства, описываемые тензорами более высокого ранга, рассмотрены на примере пьезоэлектрического эффекта (тензор третьего ранга) и обобщенного закона Гука (тензор четвертого ранга). В рамках равновесной термодинамики дан анализ взаимосвязи тепловых, электрических и механических свойств кристаллов и соотношения между коэффициентами, измеренными в различных условиях (наиболее подробно - на примере первичного и вторичного пироэлектрического эффектов). Kурс завершается рассмотрением теплопроводности и электропроводности как примеров применимости термодинамического подхода к неравновесным, но стационарным процессам (симметрия относительно инверсии времени, принцип Онзагера).

Лекции           36 час
Семинары     18 час
Всего              54 час.

В курсе рассмотрено 10 тем. Изложение материала разбито на 18 лекций по 2 часа. После каждой лекции проводится семинарское занятие длительностью 1 час (в сумме 18 занятий) для закрепления прочитанного материала путем разбора решений типичных задач и вывода некоторых полезных выражений.

Лектор: д.ф.-м.н. В.Е.Антонов

ЛЕКЦИИ

ТЕМА 1. Основы кристаллофизики.

1.    Скаляры, векторы и тензоры второго ранга. Преобразования осей координат. Преобразование координат точки, компонент вектора и компонент тензора второго ранга. Закон преобразования произведения координат. Различие между преобразованиями матрицы (aij) и тензора [Tij]. Симметричные и антисимметричные тензоры. Характеристическая поверхность второго порядка. Приведение к главным осям.

2.    Влияние симметрии кристаллов на их свойства, описываемые тензорами второго ранга. Величина, характеризующая свойство в данном направлении: определение и аналитические выражения. Физические свойства кристалла и геометрические свойства характеристической поверхности: длина радиус-вектора, свойство радиус-вектора и нормали.

3.    Преобразования и тензоры второго ранга. Соотношения между направляющими косинусами. Переходы между правой и левой системой координат и значение детерминанта матрицы преобразования |aij|. Векторное произведение. Полярные и аксиальные векторы. Главные оси тензора. Построение окружности Мора: поворот вокруг главных осей, поворот вокруг произвольной оси. Эллипсоид значений тензора.

ТЕМА 2. Парамагнитная и диамагнитная восприимчивость.

4.    Общие соотношения. Энергия намагничивания кристалла. Момент сил, действующий на кристалл в однородном магнитном поле. Сила и механический момент, действующие на кристалл в неоднородном магнитном поле. Магнитная восприимчивость порошка.

ТЕМА 3. Электрическая поляризация.

5.    Общие соотношения. Различие между электрической поляризацией и намагниченностью. Соотношение между D, E и P в плоском конденсаторе. Энергия поляризованного кристалла. Сила и механический момент, действующие на кристалл в электрическом поле. Электростатическое поле в однородном анизотропном диэлектрике. Пироэлектричество. Сегнетоэлектричество.

ТЕМА 4. Тензор напряжений.

6.    Понятие напряжения. Однородное и неоднородное напряжение. Доказательство того, что sij образуют тензор.

7.    Поверхность напряжений. Частные формы тензора напряжений. Различие между тензором напряжений и тензорами, описывающими свойства кристалла.

ТЕМА 5. Тензор деформаций и тепловое расширение.

8.    Одномерная деформация. Двумерная деформация. Свойства однородной двумерной деформации.

9.    Трехмерная деформация. Особенности однородной трехмерной деформации. Обобщение на случай неоднородной деформации. Деформация и симметрия кристалла. Тепловое расширение.

ТЕМА 6. Пьезоэлектричество. Тензоры третьего ранга.

10.  Прямой пьезоэлектрический эффект. Уменьшение числа независимых модулей. Матричные обозначения.

11.  Обратный пьезоэлектрический эффект. Уменьшение числа независимых модулей из-за ограничений, налагаемых симметрией кристалла. Соображения, в основе которых лежит лишь анализ симметрии. Аналитические методы. Характеристические поверхности.

ТЕМА 7. Упругость. Тензоры четвертого ранга.

12.  Закон Гука. Матричные обозначения. Энергия деформированного кристалла. Дополнительные ограничения, налагаемые симметрией кристалла на упругие константы. Соотношения между напряжениями и деформациями для изотропных материалов.

13.  Характеристические поверхности и модуль Юнга. Объемная и линейная сжимаемости кристалла. Соотношения между податливостями и жесткостями.

ТЕМА 8. Матричный метод.

14.  Матричные и тензорные обозначения. Матричная алгебра. Свойства кристаллов в матричной записи. Величина, характеризующая свойство в произвольном направлении. Поворот осей координат. Определение главных коэффициентов и главных направлений для моноклинного кристалла как пример использования матричного метода.

ТЕМА 9. Термодинамика равновесных свойств кристаллов.

15.  Диаграмма соотношений между тепловыми, электрическими и механическими свойствами кристаллов. Термодинамика термоупругих свойств. Теплота деформации и термические напряжения. Соотношение между адиабатическими и изотермическими упругими податливостями.

16.  Термодинамика тепловых, электрических и упругих свойств. Соотношения между коэффициентами, измеренными при различных условиях. Главные и сопряженные эффекты. Первичный и вторичный пироэлектрические эффекты.

ТЕМА 10. Процессы переноса.

17.  Тензоры коэффициентов теплопроводности и теплового сопротивления. Стационарный тепловой поток. Частные случаи потока через плоскую пластинку, вдоль длинного стержня и от точечного источника. Электропроводность.

18.  О симметричности тензора [kij]. Термодинамическое рассмотрение. Принцип Онзагера.

 

СЕМИНАРСКИЕ ЗАНЯТИЯ

18 занятий по 1 часу после каждой из 18 указанных выше лекций. Разбор решений типичных задач по материалу лекции. Вывод некоторых полезных выражений. Разбор задач, заданных студентам на предыдущих занятиях для самостоятельного решения.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ

На каждом семинарском занятии - проверка и оценка способности студентов решать задачи по тематике курса. Проверка и оценка выполнения домашних заданий.

 

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

 

1.    Най Дж. Физические свойства кристаллов. М., Мир, 1967, 385 с.
2.    Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. Часть 1 (Том V). М., Наука, Физматлит, 1995, 608 с.

Контакты

Контакты

Телефон:
8(496) 52 219-82
+7 906 095 4402

Факс:
+7(496) 522 8160
8(496) 522 8160

Почтовый адрес:
ИФТТ РАН, Черноголовка, Московская обл., ул.Академика Осипьяна д.2, 142432, Россия

E-mail:
Вебмастер
Ученый секретарь

WWW:
www.issp.ac.ru